قوانين نيوتن للحركة: شرح وتطبيقات محلولة – الثانية ثانوي

قوانين نيوتن للحركة: شرح وتطبيقات محلولة – الثانية ثانوي

الأهداف التعليمية:

• فهم قوانين نيوتن الثلاثة للحركة
• التطبيق الصحيح للقوانين في حل المسائل الميكانيكية
• استخدام مخطط القوى لحل تمارين الديناميك

1. القانون الأول: قانون العطالة (principe d’inertie)

ينص قانون العطالة (القانون الأول لنيوتن) على أن: “الجسم الساكن يبقى ساكناً، والمتحرك بحركة مستقيمة منتظمة يبقى على حالته ما لم تؤثر فيه قوة خارجية تغير من حالته”. هذا يعني أن الجسم يحافظ على سرعته (قد تكون صفراً) ما لم تخضع لقوة محصلة غير معدومة. يُعرف هذا القانون أيضاً بمبدأ القصور الذاتي. مثال: راكب في حافلة يتقدم فجأة إلى الأمام عندما تفرمل الحافلة فجأة — جسمه يحافظ على حركته الأصلية.

2. القانون الثاني: العلاقة بين القوة والتسارع

ينص القانون الثاني على أن: “تسارع جسم يتناسب طرداً مع محصلة القوى المؤثرة عليه وعكساً مع كتلته”. الصيغة الرياضية: ΣF = m × a حيث ΣF محصلة القوى (N)، m الكتلة (kg)، a التسارع (m/s²). ملاحظة مهمة: القوة والتسارع متجهان في نفس الاتجاه. هذا القانون هو أساس الديناميك ويربط بين القوى والحركة.

3. القانون الثالث: قانون الفعل ورد الفعل

ينص القانون الثالث على أن: “لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه”. أي عندما يؤثر جسم (A) بقوة على جسم (B) فإن الجسم (B) يؤثر بقوة مساوية ومعاكسة على الجسم (A). F_AB = -F_BA. هام: قوتا الفعل ورد الفعل تؤثران على جسمين مختلفين، لذا فهما لا تلغيان بعضهما البعض. مثال: عندما تمشي على الأرض، تدفع الأرض بقدمك إلى الخلف (فعل) فتدفعك الأرض إلى الأمام (رد فعل).

4. تطبيقات محلولة

التمرين 1: سيارة كتلتها 1200 kg تتحرك بسرعة 72 km/h (20 m/s). فرمل السائق فجأة فتوقفت السيارة بعد 4 ثوانٍ. أحسب: (أ) تسارع السيارة (ب) قوة الفرملة المؤثرة.

الحل: (أ) a = (v_f – v_i)/t = (0 – 20)/4 = -5 m/s² (تسارع تبطيئي). (ب) F = m × a = 1200 × 5 = 6000 N (مقدار قوة الفرملة).

التمرين 2: جسم كتلته 5 kg موضوع على سطح أفقي أملس. أثرت عليه قوة أفقية مقدارها 20 N. احسب تسارع الجسم.

الحل: ΣF = m × a → a = F/m = 20/5 = 4 m/s². التسارع في اتجاه القوة المؤثرة.

5. نصائح لحل تمارين الميكانيك

ارسم مخطط القوى (bilan des forces) دائماً قبل البدء في الحل. حدد محاور الإسناد. طبق القانون الثاني ΣF = m.a بعد تحديد محصلة القوى. تأكد من وحدات القياس (kg, m, s). في أسطح مائلة، حلل الثقالة إلى مركبتين: موازية (mg sinθ) وعمودية (mg cosθ) على السطح.

الخلاصة:

قوانين نيوتن الثلاثة تمثل أساس الميكانيك الكلاسيكي. القانون الأول يصف حالة السكون أو الحركة المنتظمة، الثاني يربط القوة بالتسارع، والثالث يشرح التفاعل بين الأجسام. إتقان هذه القوانين وحل التطبيقات ضروري لاجتياز امتحان المادة بنجاح.